DE102004055649B4 - Method for producing an isolation trench in a semiconductor structure - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Herstellen eines Isolationsgrabens in einer Halbleiterstruktur
(10), bei dem
– in
einer Oberfläche
(20) der Halbleiterstruktur (10) ein Graben (30, 70) gebildet wird,
– der Graben
(30, 70) mit einer Oxidschicht (80) beschichtet wird,
– der beschichtete
Graben (30) mit einem Füllmaterial
(100, 300) bis zu einer vorgegebenen Grabentiefe (T) gefüllt wird,
die unterhalb der Oberfläche
(20) der Halbleiterstruktur (10) derart endet, dass ein oberer,
sich bis zur Oberfläche
(20) der Halbleiterstruktur (10) erstreckender Seitenwandbereich
(120) des beschichteten Grabens (30) von dem Füllmaterial frei bleibt,
– der Graben
(30) nachfolgend mit einem Fülloxid
(200) aufgefüllt
wird, das eine kleinere Ätzrate
als die Oxidschicht (80) aufweist und
– das Fülloxid (200) sowie die Oxidschicht
(80) einem Ätzschritt
unterzogen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Ätzschritt
zumindest ein oberer, an die Oberfläche (20) der Halbleiterstruktur
(10) angrenzender Teilabschnitt (210) des Seitenwandbereichs (120)
des...Method for producing an isolation trench in a semiconductor structure (10), in which
A trench (30, 70) is formed in a surface (20) of the semiconductor structure (10),
The trench (30, 70) is coated with an oxide layer (80),
- the coated trench (30) is filled with a filling material (100, 300) up to a predetermined trench depth (T), which ends below the surface (20) of the semiconductor structure (10) such that an upper, up to the surface ( 20) of the semiconductor structure (10) extending side wall region (120) of the coated trench (30) remains free of the filling material,
- The trench (30) is subsequently filled with a filling oxide (200) having a smaller etch rate than the oxide layer (80) and
The filling oxide (200) and the oxide layer (80) are subjected to an etching step,
characterized in that
in the etching step, at least one upper section (210) of the side wall region (120) of the side wall region (120), which adjoins the surface (20) of the semiconductor structure (10), is located in the etching step.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationsgrabens in einer Halbleiterstruktur mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method of manufacturing an isolation trench in a semiconductor structure having the features according to the preamble of claim 1.
Ein
Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 ist
aus der
Darüber hinaus
ist aus der US-Patentschrift
Aus
der
Des
Weiteren offenbart die
Darüber hinaus
ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationsgrabens anzugeben, mit dem sich auch sehr schmale und sehr tiefe Gräben, also Gräben mit einem hohen „Aspektverhältnis", zuverlässig mit Isolationsmaterial füllen lassen. Außerdem soll das Verfahren sicherstellen, dass nach Fertigstellung des Isolationsgrabens eine Weiterbearbeitung der Halbleiterstruktur einfach möglich ist.Of the Invention is based on the object, a method for manufacturing an isolation trench, with which also very narrow and very deep ditches, so ditches with a high "aspect ratio", reliable with Fill insulation material to let. Furthermore the procedure should ensure that after completion of the isolation trench a further processing of the semiconductor structure is easily possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationsgrabens in einer Halbleiterstruktur vorgesehen, bei dem
- – in einer Oberfläche der Halbleiterstruktur ein Graben gebildet wird,
- – der Graben mit einer Oxidschicht beschichtet wird,
- – der beschichtete Graben mit einem Füllmaterial bis zu einer vorgegebenen Grabentiefe gefüllt wird, die unterhalb der Oberfläche der Halbleiterstruktur derart endet, dass ein oberer, sich bis zur Oberfläche der Halbleiterstruktur erstreckender Seitenwandbereich des beschichteten Grabens von dem Füllmaterial frei bleibt,
- – der Graben nachfolgend mit einem Fülloxid aufgefüllt wird, das eine kleinere Ätzrate als die Oxidschicht aufweist und
- – das Fülloxid sowie die Oxidschicht einem Ätzschritt unterzogen werden, wobei
- – bei dem Ätzschritt zumindest ein oberer, an die Oberfläche der Halbleiterstruktur angrenzender Teilabschnitt des Sei tenwandbereichs des Grabens von der Oxidschicht befreit wird und eine Ätzstufe zwischen dem Fülloxid und der Oxidschicht gebildet wird.
- A trench is formed in a surface of the semiconductor structure,
- The trench is coated with an oxide layer,
- The coated trench is filled with a filling material up to a predetermined trench depth which ends below the surface of the semiconductor structure such that an upper side wall region of the coated trench extending up to the surface of the semiconductor structure remains free of the filling material,
- - The trench is subsequently filled with a filler oxide having a smaller etch rate than the oxide layer and
- - The filler oxide and the oxide layer are subjected to an etching step, wherein
- - In the etching step at least one upper, adjacent to the surface of the semiconductor structure portion of the Be tenwandbereichs of the trench is freed from the oxide layer and an etching step between the Fülloxid and the oxide layer is formed.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der an die Oberfläche der Halbleiterstruktur angrenzende Teilabschnitt des oberen Seitenwandbereichs frei von Isolationsmaterial bleibt. Dadurch ist es möglich, diesen Bereich zusätzlich zu der Oberfläche der Halbleiterstruktur zum Aufbau elektronischer Komponenten heranzuziehen. Beispielsweise lässt sich in dem von der Oxidschicht befreiten oberen Teilabschnitt des Grabens ein Teil eines Feldeffekttransistors ausbilden, dessen Hauptbestandteile in der Oberfläche der Halbleiterstruktur integriert werden. Mit anderen Worten ist es also möglich, aktive elektronische Komponenten wie Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, sowohl in der Oberfläche der Halbleiterstruktur als auch in dem oberen Teilabschnitt der Halbleiterstruktur unterzubringen.One An essential advantage of the method according to the invention is that the to the surface of the Semiconductor structure adjacent portion of the upper sidewall area remains free of insulation material. This makes it possible for this Area in addition to the surface the semiconductor structure to build up electronic components. For example, let in the freed from the oxide layer upper portion of the Grabens form part of a field effect transistor, whose main components in the surface be integrated with the semiconductor structure. In other words it is therefore possible active electronic components such as transistors, in particular Field effect transistors, both in the surface of the semiconductor structure as well as in the upper portion of the semiconductor structure to accommodate.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Ätzstufe bewirkt. Durch die Ätzstufe wird nämlich erreicht, dass trotz des Freilegens des oberen Teilabschnitts des Grabens von der Oxidschicht die Dicke des Fülloxids weitgehend unverändert bleibt, so dass dessen Isolations- und mechanische Stützwirkung weitgehend unbeeinträchtigt bleibt.Another important advantage of the method according to the invention is brought about by the etching stage. Namely, it is achieved by the etching stage that, despite the exposure of the upper portion of the trench of the oxide layer, the thickness of the filler oxide remains largely unchanged, so that its isolation and mechanical support effect remains largely unaffected.
Die Oxidschicht, mit der der Graben zunächst beschichtet wird, bevor das Füllmaterial eingefüllt wird, ist vorzugsweise eine „konformale" Oxidschicht. Unter einer „konformalen" Oxidschicht wird nachfolgend eine Schicht verstanden, die der Form des Grabens „winkeltreu" derart folgt, dass die Formgebung des Isolationsgrabens (im Querschnitt betrachtet) weitgehend unverändert bleibt. Eine „konformale" Oxidschicht weist vorzugsweise eine durchgehend gleichmäßige Dicke auf.The Oxide layer with which the trench is first coated before the filling material filled is preferably a "conformal" oxide layer becomes a "conformal" oxide layer hereinafter understood a layer that follows the shape of the trench "angle true" such that the shape of the isolation trench (seen in cross-section) largely unchanged remains. A "conformal" oxide layer has preferably a continuous uniform thickness.
Als Füllmaterial wird bevorzugt polysiliziumhaltiges Material in den Graben eingefüllt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Füllmaterial um „reines" Polysilizium. Reines Polysilizium weist den Vorteil auf, dass es sich auch in Gräben mit sehr hohen Aspektverhältnissen, also sehr tiefe und sehr schmale Gräben, problemlos einführen lässt.When filling material Preferably, polysilicon-containing material is filled into the trench. For example, it acts it is the filler to "pure" polysilicon Polysilicon has the advantage that it is also in trenches with very high aspect ratios, So very deep and very narrow trenches, easy to introduce.
Alternativ kann das Füllmaterial auch „mehrschichtig" aufgebaut sein. Beispielsweise kann auf die mit der Oxidschicht beschichteten Wände des Grabens zunächst eine Polysiliziumschicht aufgebracht werden. Der resultierende, mit der Polysiliziumschicht beschichtete Graben wird anschließend mit einem Isolationsmaterial bis zu der vorgegebenen Grabentiefe gefüllt. Nachfolgend wird die Polysiliziumschicht in dem oberen, sich bis zur Oberfläche der Halbleiterstruktur erstreckenden Seitenwandbereich des Grabens entfernt. Bei dieser vorteilhaften Variante des Verfahrens wird das Füllmaterial also durch unterschiedliche Materialien gebildet, die nacheinander aufgebracht werden.alternative can the filler material also be "multi-layered". For example, on the coated with the oxide layer walls of the Grabens first a polysilicon layer are applied. The resulting, with the polysilicon layer coated trench is then with an insulation material filled up to the predetermined trench depth. following the polysilicon layer in the upper, is up to the surface of the Semiconductor structure extending sidewall region of the trench removed. In this advantageous variant of the method, the filler material So formed by different materials, one after the other be applied.
Bezüglich der letzten Ausführungsvariante wird es außerdem als vorteilhaft angesehen, wenn die Polysiliziumschicht eine „konformale" Polysiliziumschicht ist, die sich an die Formgebung des Grabens anpasst. Eine „konformale" Polysiliziumschicht stellt sicher, dass sich das Isolationsmaterial nachfolgend zuverlässig in den Graben einführen lässt und Leer- oder Fehlstellen des Isolationsmaterials im Graben vermieden werden.Regarding the last embodiment it will as well considered advantageous when the polysilicon layer is a "conformal" polysilicon layer is that adapts to the shape of the trench. A "conformal" polysilicon layer ensures that the insulation material subsequently reliably in the Insert trench lets and Blanks or missing parts of the insulation material in the trench are avoided.
Zum Entfernen der Polysiliziumschicht von dem oberen, sich bis zur Oberfläche der Halbleiterstruktur erstreckenden Sei tenwandbereich – also „oberhalb" der vorgegebenen Grabentiefe – wird vorzugsweise ein Ätzmittel verwendet, das gegenüber Polysilizium eine größere Ätzrate als gegenüber dem Isolationsmaterial aufweist.To the Removing the polysilicon layer from the top, to the surface of the Semiconductor structure extending Be tenwandbereich - ie "above" the given Trench depth - will preferably an etchant used that opposite Polysilicon a larger etch rate than across from having the insulating material.
Das Isolationsmaterial kann beispielsweise aus der Gasphase abgeschieden werden. Alternativ kann eine Flüssigkeit auf die Polysiliziumschicht aufgebracht werden, die sich nach einem Aushärtvorgang das Isolationsmaterial bildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Isolationsmaterial um ein Oxid handeln, das als Spin-on-Glas in den Graben eingefüllt wird.The Insulation material can be deposited, for example, from the gas phase become. Alternatively, a liquid be applied to the polysilicon layer, which after a curing process forms the insulating material. For example, it may be at the Insulation material to act an oxide, which is called spin-on glass in filled the ditch becomes.
Da Isolationsgräben insbesondere bei der Herstellung von DRAM-Speicherzellen eine große Rolle spielen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das beschriebene Verfahren im Zusammenhang mit der Herstellung von DRAM-Speicherzellen verwendet wird. Bei der Halbleiterstruktur handelt es sich vorzugsweise um ein Siliziumsubstrat bzw. um eine Siliziumschicht, in das bzw. in die der Graben unter Verwendung einer zuvor strukturierten Ätzmaskenschicht geätzt wird. Demgemäß wird die Oberfläche der Halbleiterstruktur durch die Oberfläche des Siliziumsubstrats bzw. durch die Oberfläche der Siliziumschicht gebildet.There isolation trenches especially in the production of DRAM memory cells play a major role, it is considered advantageous if the method described used in connection with the manufacture of DRAM memory cells becomes. The semiconductor structure is preferably a Silicon substrate or around a silicon layer into or into the the trench using a previously patterned etch mask layer etched becomes. Accordingly, the surface the semiconductor structure through the surface of the silicon substrate or through the surface the silicon layer is formed.
Die Ätzstufe zwischen dem Fülloxid und der Oxidschicht wird vorzugsweise im oberen Seitenwandbereich des Siliziumsubstrats bzw. der Siliziumschicht ausgebildet.The etching step between the filler oxide and the oxide layer is preferably in the upper sidewall region formed of the silicon substrate or the silicon layer.
Die Ätzmaskenschicht kann vor oder nach dem die Ätzstufe bildenden Ätzschritt entfernt werden. Bei der Ätzmaskenschicht kann es sich beispielsweise um eine Nitridmaske handeln.The etching mask layer may before or after the etching step forming etching step be removed. In the etching mask layer it may be, for example, a nitride mask.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be explained below with reference to two embodiments. there demonstrate:
In den Figuren werden – soweit möglich – für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.In the characters are - so far possible - for identical or similar components use the same reference numerals.
In
der
In
der
Die
Siliziumoxidschicht
Auf
die in der
Durch
den Polysilizium-Ätzschritt
wird das Polysilizium auch im Grabenbereich entfernt; das Polysilizium
verbleibt lediglich bis zu einer Grabentiefe T. Es entsteht die
in der
Anschließend wird
die Struktur gemäß der
Die
Struktur gemäß der
Während dieses Ätzschrittes
oder in einem separaten weiteren Ätzschritt werden die Oxidschicht
In
den
In
einem nachfolgenden Schritt wird – im Unterschied zu dem ersten
Ausführungsbeispiel – auf die Oxidschicht
In
einem sich daran anschließenden
Prozessschritt wird der Graben
Nachfolgend
wird das Isolationsmaterial
Anschließend wird
die Polysiliziumschicht
Nachfolgend
wird auf die Struktur gemäß
In
einem nachfolgenden Ätzschritt
werden die Oxidschicht
In
den oberen Teilabschnitten
Der
fertige Isolationsgraben ist in der
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410055649 DE102004055649B4 (en) | 2004-11-12 | 2004-11-12 | Method for producing an isolation trench in a semiconductor structure |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102004055649A1 DE102004055649A1 (en) | 2006-05-24 |
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DE (1) | DE102004055649B4 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US20040197989A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-10-07 | Michael Sommer | DRAM memory having vertically arranged selection transistors |
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2004
- 2004-11-12 DE DE200410055649 patent/DE102004055649B4/en not_active Expired - Fee Related
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